氫實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了一種新的薄膜技術(shù)，它既輕又薄，相比之下一張A4紙就像厚紙板。

　　以氫為動(dòng)力的燃料電池效率很高，釋放的是水蒸氣而不是廢氣。但到目前為止，這項(xiàng)技術(shù)仍然很昂貴，因此無法與電動(dòng)馬達(dá)競(jìng)爭(zhēng)。

　　挪威科技工業(yè)研究所（SINTEF）的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)找到了如何通過減少兩個(gè)關(guān)鍵成分來提高競(jìng)爭(zhēng)力的方法。這將使燃料電池既便宜又環(huán)保。

　　這項(xiàng)技術(shù)在減少運(yùn)輸部門的溫室氣體排放方面具有巨大的潛力，特別是在重型運(yùn)輸、海運(yùn)部門，在較長(zhǎng)的時(shí)間框架內(nèi)，也可以擴(kuò)展到航空領(lǐng)域。

　　減少對(duì)昂貴材料的需求

　　燃料電池由膜和催化劑組成。兩者對(duì)于將氫氣轉(zhuǎn)化為電能的過程和燃料電池的整體性能都至關(guān)重要。膜是由對(duì)環(huán)境有害的含氟材料制成的，而催化劑由鉑組成，這是一種稀有而昂貴的礦物。

　　通過減少燃料電池中鉑的用量，我們不僅有助于降低成本，還考慮到了重要原材料供應(yīng)和可持續(xù)性方面的全球挑戰(zhàn)。

　　膜和催化劑占燃料電池總成本的41%。這就是為什么SINTEF的研究人員選擇研究如何減少這兩種成分。

挪威科技工業(yè)研究所（SINTEF）外景

　　結(jié)果呢？

　　一種更便宜、更環(huán)保的氫燃料電池現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室里。這種解決方案既輕又薄，使A4紙摸起來就像厚紙板。

　　催化劑由無數(shù)的鉑粒子組成，每一個(gè)鉑粒子都像一個(gè)微小的反應(yīng)器，將氫轉(zhuǎn)化為電。反應(yīng)堆越多，電力就越多。然而，昂貴的材料也提高了成本。

　　SINTEF的研究員帕特里克•福廷表示：“因此，在使用的材料數(shù)量和產(chǎn)生的電量之間找到最佳平衡是很重要的。”

　　“在研究項(xiàng)目中，我們找到了一種方法來安排反應(yīng)堆，以便它們提供足夠的電力來運(yùn)行燃料電池，同時(shí)大大減少所需材料的數(shù)量。”

　　他解釋說，與最先進(jìn)的燃料電池相比，這項(xiàng)研究使鉑含量降低了62.5%。

　　福廷說：“通過減少燃料電池中鉑的用量，我們不僅有助于降低成本，我們還考慮到了重要原材料供應(yīng)和可持續(xù)性方面的全球挑戰(zhàn)。”

　　鉑金是地球上最昂貴、最稀有的礦物之一，只在歐洲以外的部分地區(qū)開采。因此，歐盟將鉑金歸類為關(guān)鍵原材料。

　　這種類型的燃料電池中使用的膜含有氟化聚合物，屬于更廣泛的群體，也被稱為全氟和多氟烷基物質(zhì)（PFAS）。它們被用于許多含氟產(chǎn)品，包括滑雪蠟、Gore-Tex和消防泡沫。

　　歐盟認(rèn)為這些材料是一種日益增加的化學(xué)品風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樗鼈兊纳a(chǎn)、降解和處置可能導(dǎo)致有害化合物的釋放，從而造成嚴(yán)重的健康和環(huán)境問題。

　　通過將薄如剃刀的薄膜縮小33%，研究人員現(xiàn)在提出了一種更環(huán)保、更便宜的薄膜。

　　從剃刀般薄到更薄……

　　福廷說：“目前燃料電池的膜厚度為15μm（微米）。而我們的原型尺寸僅為10μm。標(biāo)準(zhǔn)A4紙的厚度為100μm。”

　　在研究過程中，SINTEF發(fā)現(xiàn)他們已經(jīng)達(dá)到了薄膜在影響性能之前的極限。結(jié)果表明，15μm和10μm膜的性能幾乎相同。福廷說，這種平衡與膜的特性有關(guān)。

　　他說：”新膜的有效性取決于質(zhì)子穿過膜表面進(jìn)入催化劑層的速度有多快，這被稱為'界面阻力'，以及它們穿過膜本身的速度有多快，被稱為'體積阻力'。”

　　"在測(cè)試過程中，我們注意到體積電阻在15μm以下變得可以忽略不計(jì)，并且性能僅由界面電阻決定，這對(duì)于兩種膜都是相同的。”

　　研究人員得出結(jié)論，從剃刀般薄到更薄并不會(huì)影響膜的性能，即使材料的數(shù)量減少了。

　　研究人員的計(jì)算表明，氫燃料電池中膜的總成本可以減少20%，而有害的PFAS的含量可以減少33%。

　　福廷說：“如果這些創(chuàng)新付諸實(shí)踐，我們的研究將有助于使未來的清潔能源技術(shù)——比如強(qiáng)大的PEM燃料電池——更便宜、更可持續(xù)！”

　?。ㄋ夭膩碜裕篠INTEF 全球氫能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）